O que é a Força Centrípeta;

A Aceleração Centrípeta; e

Visualizar as Forças que atuam num objeto realizando um movimento circular.

Aproximadamente 100 minutos, duas (2) aulas.

Movimento uniforme (MU);

Movimento uniformemente variado (MUV).

As estratégias utilizadas serão:

• Aula interativa;

• Aula conceitual;

• Uso do Laboratório de Informática e a Sala de Vídeo.              

Motivação:   

Com o intuito de estimular a curiosidade dos alunos acerca do tema estudado (Mecânica), sugerimos que o professor questione os alunos com a seguinte questão:   

“Quando fazemos uma curva com o carro (Fig. 1), sentimos nosso corpo sendo jogado para fora da curva. Por que ocorre isso?”     

Figura 1 – Carro fazendo curva.

Imagem disponível em: http://www.teras.com.br/images/carro_traseira_curva.jpg. Acesso em: 01 Nov. 2010.                 

Após ouvir as opiniões dos alunos, o professor deverá dizer que eles poderão responder esta pergunta – baseados nos conceitos físicos - durante o desenvolvimento desta aula.      

Atividade 1    

Neste momento, estando os alunos organizados em duplas ou trios, o professor deverá pedir para que eles explorem o recurso – “Movimentos Circulares”, conforme postado abaixo. O referido recurso possibilita o estudo das Forças que agem num movimento circular. Destacamos ainda, que o Recurso se trata de um Objeto de Aprendizagem (OA) – que são ferramentas auxiliares no processo de ensino e aprendizagem de conceitos disciplinares, disponíveis na Internet (BECK, 2002 apud WILEY, 2002).            

Recurso: Movimentos circulares

Link do Recurso no Portal do Professor: http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=22737       

Observação: Mesmo estando em grupos, é importante que todos os alunos possam ter a oportunidade de explorar o recurso e que venham a ter um tempo razoável para isto.            

Inicialmente será visualizada, pelos alunos, uma tela contendo vários itens – Navegação, Contexto, Desafios, Laboratório virtual, Produção de conhecimento, Teoria, Mapa interativo, História e tecnologia, avaliação (Fig. 2). Sugerimos que o professor oriente com que eles cliquem no item “Contexto” (segundo ícone da esquerda para direita).      

Figura 2 – Imagem do recurso “Movimentos Circulares”.

Imagem disponível em: http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=22737. Acesso em: 01 Nov. 2010             

Após selecionar o item “Contexto”, os alunos visualizarão um vídeo (com duração de 02 minutos e 40 segundos), explicando o movimento circular (Fig. 3).    

Figura 3 – Imagem do recurso “Movimentos Circulares”.

Imagem disponível em: http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=22737. Acesso em: 01 Nov. 2010      

Após a visualização do vídeo, promova uma discussão sobre o conteúdo deste, entre todos os alunos da sala. Abaixo sugerimos um roteiro para nortear este momento.           

Roteiro de discussão:

• O que vocês entenderam do conteúdo trabalhado no vídeo?
• O que é um movimento circular?
• O que é velocidade angular? Ela está relacionada com o raio do círculo?   
• Qual a diferença do movimento circular uniforme do variável?
• Onde observamos os movimentos circulares no nosso cotidiano?   

Favoreça com que os alunos compreendam que no vídeo é explicado as variações de um movimento circular. Observamos que neste movimento é descrito uma trajetória circular. No movimento circular temos a velocidade angular - que representa a variação da velocidade em torno de um círculo, dependendo do tamanho do raio deste círculo. No estudo deste movimento podemos manter a velocidade constante, ou seja, um movimento circular uniforme. Podemos também alterar o valor da velocidade durante o trajeto, tornando assim um movimento circular variável, ou seja, temos uma aceleração aumentando ou diminuindo o valor da velocidade.   

Atividade 2  

Dando continuidade ao uso do recurso “Movimentos circulares”, os alunos deverão retornar a página principal (Fig. 4) e selecionar o quarto item da esquerda para a direita – “Laboratório Virtual”.   

Figura 4 – Imagem do recurso “Movimentos Circulares”.

Imagem disponível em: http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=22737. Acesso em: 01 Nov. 2010      

Neste item do recurso, os alunos irão interagir com as variáveis (velocidade e aceleração) de um movimento circular.   

Nesta etapa, os alunos deverão selecionar os itens “Vetor aceleração centrípeta”, “Vetor força centrípeta” e “Aceleração centrípeta na direção x”, conforme a figura 5.    

Figura 5 – Imagem do recurso “Movimentos Circulares”.

Imagem disponível em: http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=22737. Acesso em: 01 Nov. 2010      

Após selecionarem os itens apontados anteriormente, o professor deverá solicitar para que eles acionem o recurso, clicando no botão “Iniciar” - disposto no canto direito inferior (Fig. 6).    

Figura 6 – Imagem do recurso “Movimentos Circulares”.

Imagem disponível em: http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=22737. Acesso em: 01 Nov. 2010      

Neste momento, os alunos visualizarão que a bolinha começará a rodar em movimento circular e o gráfico disponível no recurso irá marcar a variação de sua velocidade e de sua aceleração (Fig. 7).    

Figura 7 – Imagem do recurso “Movimentos Circulares”.

Imagem disponível em: http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=22737. Acesso em: 01 Nov. 2010      

Em seguida, peça para que os alunos alterem os valores de “Velocidade angular”, “Raio da trajetória” e “Massa da partícula” e observem se há alteração nas informações obtidas pelo gráfico (Fig. 8) e peça para que eles anotem essas alterações.           

Figura 8 – Imagem do recurso “Movimentos Circulares”.

Imagem disponível em: http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=22737. Acesso em: 01 Nov. 2010      

Permita com que os alunos interajam com o recurso durante um determinado tempo - sugerimos, no máximo, quinze (15) minutos para isto. Sugerimos alguns dados para serem utilizados no recurso:   

• Exemplo 1 – Velocidade angular: 2 rad/s; Raio da trajetória: 50 m; Massa da partícula: 5 kg.  
• Exemplo 2 – Velocidade angular: 1 rad/s; Raio da trajetória: 90 m; Massa da partícula: 8 kg.  
• Exemplo 3 – Velocidade angular: 5 rad/s; Raio da trajetória: 25 m; Massa da partícula: 1 kg.    

Após os alunos terem explorado o recurso, retome a questão inicial (da curva) e favoreça com que eles compreendam que, quando estamos sentados num carro, em movimento retilíneo uniforme, recebemos as mesmas forças de que quando estamos sentados numa cadeira em repouso, pois estamos nos movimentando junto com o carro. Mas se o carro faz uma curva, principalmente em alta velocidade, a força centrípeta - que faz com que o carro faça a curva - é aplicada somente nele e não na pessoa que está sentada no carro. Adotando o carro como referencial, uma outra força deve estar atuando sobre as pessoas para que permaneçam em repouso (atenção: repouso em relação ao carro). Essa é a força centrífuga  que age do centro para a periferia da curva, equilibrando a força centrípeta.     

Atividade 3  

Finalizando o estudo do movimento circular, questione os alunos com as seguintes perguntas:      

“Baseados nos conceitos estudados nesta aula, responda:

Quando  uma máquina de lavar roupa (Fig. 9) está centrifugando, o que acontece com a água? E com a roupa?”      

Figura 9 – Lava roupa.

Imagem Disponível em: http://i.s8.com.br/images/housewares/cover/img2/21334382_4.jpg. Acesso em: 01 Nov. 2010.         

É importante que o professor incentive a discussão entre os alunos a respeito desta pergunta, bem como medie esta, favorecendo a formação da construção do saber de que, a roupa molhada  está dentro de um cilindro com muitos orifícios em sua parede. Na posição "centrifugar", o cilindro gira em alta velocidade e a água sai pelos orifícios em linha reta, tangente às suas paredes. A roupa encosta na parede do cilindro e surge uma força de contato, que funciona como força centrípeta e mantém a roupa em movimento circular. O mesmo não acontece com água; nas posições dos furos, a água não encontra resistência e sai em linha reta – pela força centrifuga. Muitos aparelhos, denominados centrífugas, usam esse efeito para separar misturas. Essa denominação deriva do nome de uma força, a denominada "força centrífuga" ⁽¹⁾.       

Sugestões: 

O professor poderá desenvolver com os alunos, em momento oportuno, outras atividades disponíveis no recurso “Movimentos Circulares”.

Na atividade “Desafio”  é mostrado uma experiência para que o professor realize com seus alunos. Contudo,  observamos que esta utiliza equipamentos um pouco mais complicado de se adquirir.

Já em “Produção de conhecimento”, “Teoria” e “História e tecnologia” é feito um estudo dos Movimentos Circulares, definindo alguns conceitos e ideias referentes a este conceito.

No final do recurso há uma pequena avaliação para os alunos, a qual propõe resoluções de exercícios.

Referências Bibliográficas

1. Física Fácil. Força Centrifuga. Disponível em: < http://www.fisicafacil.pro.br/centrifuga.htm >. Acesso em: 01 Nov. 2010    

Teoria e experimentos:

http://www.ufsm.br/gef/Rotacoes08.htm     

Avalie a participação dos alunos no desenvolvimento das atividades e peça para que os grupos pesquisem na internet dois (2) exemplos de brinquedos ( de Parques de Diversão) que utilizam os movimentos circulares para proporcionar aos seus usuários muita emoção (chapéu-mexicano, kamikaze, dancer etc.). Diga que na próxima aula eles apresentarão esses brinquedos e os conceitos físicos envolvidos neles.